特种加工的工种及技能要求

1.电火花加工与线切割加工工种

电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时放电所产生的高温来熔蚀工件表面的材料，也称为放电加工或电蚀加工。电火花加工原理如图1-10所示。工具和工件一般都浸在工作液中（常用煤油、机油等做工作液），自动调节进给装置使工具与工件之间保持一定的放电间隙（0.01～0.20 mm），当脉冲电压升高时，使两极间产生火花放电，放电通道的电流密度为105～106A/cm2，放电区的瞬时高温达10 000℃以上，使工件表面的金属局部熔化，甚至气化蒸发而被蚀除微量的材料，当电压下降后，工作液恢复绝缘。这种放电循环每秒钟重复数千到数万次，使工件表面形成许多小的凹坑，称为电蚀现象。

图1-10　电火花加工原理示意图

1—自动进给调节装置；2—工具电极；3—工作液；4—工件；5—直流脉冲总电源

线切割是线电极电火花切割的简称。线切割的加工原理与一般的电火花加工相同，其区别是所使用的工具不同，它不靠成形的工具电极将形状尺寸复制到工件上，而是用移动着的电极丝（一般小型线切割机采用0.08～0.12 mm的钼丝，大型线切割机采用0.3 mm左右的钼丝）以数控的加工方法按预定的轨迹进行线切割加工，适用于切割加工形状复杂、精密的模具和其他零件，加工精度可控制在0.01 mm左右，表面粗糙度Ra≤2.5 μm。图1-11所示为线切割示意图。

线切割加工时，阳极金属的蚀除速度大于阴极，因此采用正极性加工，即工件接高频脉冲电源的正极，工具电极（钼丝）接负极，工作液宜选用乳化液或去离子水。

2.电解加工工种

电解加工是利用金属在电解液中的“阳极溶解”将工件加工成形的。电解加工原理如图1-12所示。加工时，工件接直流电源（电压为5～25 V，电流密度为10～100 A/cm2）的阳极，工具接电源的阴极。进给机构控制工具向工件缓慢进给，使两级之间保持较小的间隙（0.1～1 mm），从电解液泵出来的电解液以一定的压力（0.5～2 MPa）和速度（5～50 m/s）从间隙中流过，这时阳极工件的金属被逐渐电解腐蚀，电解产物被高速流过的电解液带走。

图1-11　线切割示意图

1—钼丝；2，4—丝架；3—被加工零件

图1-12　电解加工原理示意图

1—直流电源；2—进给机构；3—工具；4—电解液泵；5—工件；6—电解液

电解加工成形原理如图1-13所示，图中细竖线表示通过阴极（工具）与阳极（工件）间的电流，竖线的疏密程度表示电流密度的大小。在加工刚开始时，工具与工件相对表面之间是不等距的，如图1-13（a）所示，阴极与阳极距离较近的地方通过的电流密度较大，电解液的流速也较高，阳极溶解速度也就较快。随着工具相对工件不断进给，工件表面就不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，直至工件表面形成与阴极工作面基本相似的形状为止，如图1-13（b）所示。(www.xing528.com)

图1-13　电解加工成形原理

（a）初始状态；（b）成形状态

3.超声加工工种

超声加工也称为超声波加工。超声波是指频率f在16 000～20 000 Hz的振动波。它区别于普通声波的特点是：频率高，波长短，能量大，传播过程中反射、折射、共振、损耗等现象显著。它可使传播方向上的障碍物受到很大的压力，超声加工就是利用这种能量进行加工的。

超声加工是利用工具端做超声频振动，通过磨料悬浮液加工使工件成形的一种方法，其工作原理如图1-14所示。加工时，在工具1和工件2之间加入液体（水或煤油等）和磨料混合的悬浮液3，并使工具以很小的力F轻轻压在工件上。超声发生器7将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器6将超声频电振荡转变为超声机械振动。其振幅很小，一般只有0.005～0.01 mm，再通过上粗下细的变幅杆4、5，使振幅增大到0.01～0.15 mm，固定在变幅杆上的工具即产生超声振动（频率在16 000～25 000 Hz之间），迫使工作液中悬浮的磨粒高速不断地撞击、抛磨加工表面，将材料打击下来。虽然每次打击下来的材料很少，但由于每秒钟打击的次数多达16 000次以上，所以仍有一定的加速度。与此同时，工作液受工具端面超声振动作用而产生的高频、交变的液压正负冲击波和“空化”作用，促使工作液钻入被加工材料的微裂缝处，加剧了机械破坏作用。加工中的振荡还强迫磨料液在加工区工件和工具间的间隙中流动，使变钝了的磨粒能及时更新，并随着工具沿加工方向以一定速度移动，实现有控制的加工，逐渐将工具的形状“复制”在工件上，加工出所要求的形状。

图1-14　超声加工原理示意图

1—工具；2—工件；3—磨料悬浮液；4，5—变幅杆；6—换能器；7—超声发生器

4.激光加工工种

激光加工的基本设备包括：电源、激光器、光学系统及机械系统等四部分，如图1-15所示。电源系统包括：电压控制器、储能电容组、时间控制器及触发器等，它为激光器提供所需的能量。激光器是激光加工的主要设备，它把电能转变成光能，产生所需要的激光束。激光加工目前广泛采用的是二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、YAG（钇铝石榴石）等固体激光器。光学系统将光速聚焦并观察和调整焦点位置，包括显微镜瞄准、激光束聚焦及加工位置在投影仪上显示等。机械系统主要包括：床身、能在三坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。加工时，激光器产生激光束，通过光学系统把激光束聚焦成一个极小的光斑（直径仅有几微米到几十微米），获得108～1010W/cm2的能量密度以及10 000℃以上的高温，从而能在千分之几秒甚至更短的时间内使材料熔化和气化，以蚀除被加工表面，通过工作台与激光束间的相对运动来完成对工件的加工。

除上述工种外，特种加工工种还有电子束加工与离子束加工工种、水速流加工工种等。

图1-15　激光加工原理示意图

1—激光器；2—光阑；3—反射镜；4—聚焦镜；5—工件；6—工作台；7—电源